Wenn der Mais den Wurm zu Hilfe ruft
Die Nationalen Forschungsschwerpunkte (NFS) sind weltweit vernetzt. Die innovativen Ansätze bei der Schädlingsbekämpfung im NFS "Plant Survival – Überlebenserfolg von Pflanzen in naturnahen und landwirtschaftlichen Ökosystemen" etwa wäre ohne die Zusammenarbeit von Forschenden in der Schweiz, in Deutschland und in den USA undenkbar gewesen.
Pflanzen sind keine wehrlosen Geschöpfe. Mit zum Teil äusserst ausgeklügelten Strategien verteidigen sie sich gegen Käfer, Raupen und andere Tiere, die ihnen an den Kragen wollen. Solche natürlichen Abwehrmechanismen interessieren die Forschenden im NFS "Plant Survival" ganz besonders. Dabei entdeckte eine Gruppe Forschender um Ted Turlings von der Universität Neuenburg, dass Maispflanzen einen Duftstoff absondern, wenn sie von der Larve des westlichen Maiswurzelbohrers (Diabrotica virgifera virgifera) befallen werden. Der Duft lockt winzige Fadenwürmer an, der die Schädlingslarven abtötet.
Als die Forschenden überprüften, wie verbreitet diese Fähigkeit in modernen Maissorten ist, profitierten sie von ihren europaweiten Kontakten des Forschungsinstituts "CABI Bioscience Switzerland" in Delsberg, das sich am NFS "Plant Survival" beteiligt. Bei Versuchen auf Feldern in Ungarn, die stark mit den Larven des Maiswurzelbohrers befallen waren, fanden die Forschenden heraus, dass die meisten Sorten, die in den USA angebaut werden, die Fähigkeit verloren haben, bei einem Angriff des Maiswurzelbohrers ein Duftsignal abzugeben.
Der 28-jährige Ivan Hiltpold hat dieses Phänomen in seiner Doktorarbeit an der Universität Neuenburg genauer unter die Lupe genommen. Denn "in den USA und in Kanada ist der Maiswurzelbohrer der wichtigste Schädling im Mais. Man schätzt, dass er pro Jahr Schäden und Kosten für Pestizide von bis zu einer Milliarde Dollar verursacht", erklärt Ivan Hiltpold. Nach Europa kam der Maiswurzelbohrer in den 1990er-Jahren und breitete sich zunächst vor allem in Osteuropa aus. "Langsam dringt er nach Westeuropa vor. Seit mehreren Jahren tauchte er immer mal wieder im Tessin auf", so Ivan Hiltpold weiter.
Ivan Hiltpold vermutete, dass sich das fehlende Abwehrverhalten genetisch erklären lassen würde. Daher suchte er, der Ökologe, die Zusammenarbeit mit Genetikern des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena in Deutschland. Das Renommee des NFS "Plant Survival" sei entscheidend dafür gewesen, dass er als junger Forscher mit Partnern im Ausland habe zusammenarbeiten können, ist Ivan Hiltpold überzeugt. "Wenn man Teil eines solchen Netzwerks ist, vertrauen einem andere Forschende rascher."
Gemeinsam fanden die Forschenden heraus, dass die amerikanischen Maissorten die Gene immer noch besassen, um den Duftstoff herzustellen. Allerdings waren die Gene wie ausgeschaltet – wohl eine Nebenwirkung der jahrelangen Zucht. So hatten die Pflanzen ihre natürliche Fähigkeit verloren, die Fadenwürmer zu Hilfe zu rufen. Mittels gentechnischer Methoden gelang es den deutschen Forschenden in einem nächsten Schritt, den amerikanischen Maissorten diese Fähigkeit wiederzugeben.
Hierfür profitierten die Forschenden wiederum von ihrem Netzwerk. Ivan Hiltpold testete die gentechnisch behandelten Sorten im Labor in Neuenburg. Unterstützung erhielt er dabei erneut von seinen Kolleginnen und Kollegen vom CABI, die die Larven des Maiswurzelbohrers züchteten. Und seine engen Kontakte mit Agrarforschenden von der Universität von Missouri in den USA ermöglichten schliesslich einen Versuch im Freiland mit den neuen Maissorten. Sowohl im Labor als auch im Feld zeigte sich, dass die neuen Sorten den Angriffen des Maiswurzelbohrers gewappnet waren: Der verströmte Duft lockte alsbald die Fadenwürmer herbei, die die Maispflanzen aus ihrer misslichen Lage befreiten. "Ohne diese breiten Kooperationen", so Ivan Hiltpold, "wäre mein Projekt gar nicht durchführbar gewesen."
Die geknüpften Netzwerke bleiben nach Abschluss seiner Doktorarbeit bestehen. Denn die natürliche Fähigkeit, Schädlinge abzuwehren, die die Forschenden bisher beim Mais untersucht haben, sind nicht auf den Mais beschränkt. Der Mais war für die Forschenden ein Modell. "Chemische Signale, die mittels Duft ausgesandt werden, dürften bei vielen anderen Pflanzen vorkommen", vermutet Ted Turlings. Damit eröffnen sich langfristige Perspektiven für die Forschungsnetzwerke, die die Forschenden des NFS "Plant Survival" bisher geknüpft haben.